电机与拖动课件.ppt

2020/5/8,1,绪论,第一章直流电机,第二章直流电动机的电力拖动,第三章变压器,第四章三相异步电动机,第五章三相异步电动机的电力拖动,第六章同步电机,第七章驱动和控制微电机,第八章电力拖动系统中电动机的选择,电机及拖动电子教案,2020/5/8,2,绪论,电机是利用电磁感应原理工作的机械。电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分，有变压器和旋转电机。注意“机”与“器”的区别。,0.1电机及电力拖动系统概述,两种方法归纳如下：,电机,变压器,直流电机,直流发电机,直流电动机,交流电机,控制电机,同步电机,同步发电机,同步电动机,异步电机,异步发电机,异步电动机,2020/5/8,3,绪论,电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。,0.1电机及电力拖动系统概述,它们之间的关系如下,电动机,2020/5/8,4,电机技术发展简介,1821年英国科学家法拉第,1834年亚哥比研制成功第一台实用直流电动机1871年凡麦尔准发明交流发电机20世纪性能方面改进我国解放前直流发电机200kw，电动机135kw，变压器2000kvAJO,JO2,Y系列改进，50年代生产5万千瓦汽轮发电机，7.25万千瓦水轮发电机，12万千瓦变压器。,2020/5/8,5,电机技术发展简介,2002年交流电机累计7005万千瓦，03年8920万千瓦。03与加拿大合作三峡电站70万千瓦混流式水轮发电机，05制造外径18.43m、1694.5吨发电机转子装于珠海发电厂。,2020/5/8,6,电机技术发展简介,三峡工程共装设32台70万千瓦机组，为当今世界最大的水电机组。三峡工程目前已有17台机组投产发电，投产总装机容量达到1,190万千瓦，发电能力居中国水电站首位。,2020/5/8,7,绪论,本课程是工业电气与自动化、电气技术和供用电技术等专业的一门专业基础课。,0.2本课程的性质、任务和内容,本课程的任务是让学生掌握电机的基本结构和工作原理，以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。,本课程的内容有直流电机、直流电动机的电力拖动、变压器、三相异步电动机、三相异步电动机的电力拖动、同步电机、驱动和微控电机、电动机的选择八个部分。,2020/5/8,8,绪论,电机及拖动是一门理论性很强的技术基础课，同时又具有专业课的性质，涉及的基础理论和实际知识面广，是电磁学、动力学、热力学等学科知识的综合。用理论分析电机及拖动的实际问题时，必须结合电机的具体结构，采用工程观点和分析方法。掌握基本理论的同时，还要注意培养实验操作技能和计算方法。,0.3本课程的特点及学习方法,为了学好本门课程，必须做到以下几点：1、抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素；2、抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；3、要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的共性和特点，加深对原理和性能的理解；提高定量计算能力。4、理论联系实际，重视科学实验和工程实践；5、充分预习和复习。,2020/5/8,9,绪论,磁场可由电流产生，整个磁场的情况可形象地用磁感线来描述，磁感线是闭合的曲线，且与闭合电路相交链，其方向与产生该磁场的电流方向符合右手螺旋定则。,0.4磁场的基本物理量,（1）磁通磁场中穿过某一截面积A的总磁感应线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通（magneticflux),用表示，单位为韦（Wb)。,（2）磁感应强度B(fluxdensity)描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量。B=/A。单位为特斯拉。,2020/5/8,10,绪论,0.4磁场的基本物理量,（3）磁场强度H（magneticintensity)是进行磁场计算时引进的一个辅助物理量。方向与磁场方向相同。H与B的区别是：H代表电流本身产生的磁场强弱，反映了电流的励磁能力。其大小只与产生该磁场的电流大小成正比。与介质的性质无关；B代表电流所产生的以及介质被磁化后产生的总磁场的强弱，其大小不仅与电流的大小有关，还与介质的性质有关。H的单位为安每米（A/m)。,（4）磁导率u(Permeability)u=B/H；它是衡量物质导磁能力的物理量，单位为亨每米H/m)。真空的磁导率为一常数，用u0表示，,2020/5/8,11,绪论,0.5物质的磁性能,物质按磁导率的不同分为：磁性物质（magneticmaterial)和非磁性物质（non-magneticmaterial)。非磁性物质的磁导率u近似等于真空的磁导率u0。磁性物质亦称为铁磁物质，主要性能有：（1）高磁导性铸钢的u约为u0的1000倍，硅钢片的u约为u0的60007000倍。磁性物质的特点是有可转动的“磁畴”。电机采用铁心后，在同样的电流下，铁心中的B和将大大增加且比铁心外的大的多，这样，一方面可用较小的电流产生较强的磁场，另一方面可使大部分磁通集中在由磁性物质限定的空间内。（2）磁饱和线起始磁化曲线（initialmagnetizationcurve)（3）磁滞性,2020/5/8,12,绪论,0.5物质的磁性能,剩磁强度Br；矫顽磁力Hc。基本磁化曲线（fundamentalmagnetizationcurve):同一铁磁物质，选取不同值的一系列Hm多次交变磁化，可得到一系列磁滞回线，由这些磁滞回线的正顶点与原点连成的曲线。硬磁材料的磁滞回线很宽，Br和Hc都很大，如钴钢，铝镍钴合金和钕铁硼合金等，常用来制造永久磁铁。软磁材料的磁滞回线很窄，Br和Hc都很小，如软铁，硅钢，玻莫合金和铁氧体等，常用来制造变压器，电机和接触器等的铁心。矩磁物质的磁滞回线接近矩形，Br大，Hc小，如镁锰铁氧体（磁性陶瓷）和某些铁镍合金等，常用在电子技术和计算机技术中。,2020/5/8,13,绪论,0.6电机中所用材料,1.导电材料:紫铜线、铝线，用于制成电机绕组。,2.导磁材料:0.35或0.5mm厚的硅钢片叠成,构成电机磁路。,3.绝缘材料：把导电体之间、导电体与铁磁体之间绝缘开来。,4.机械支撑材料：制造电机所需要的其它金属材料。,0.5,2020/5/8,14,为B级的绝缘材料，主要是由云母、石棉、玻璃丝经有机胶胶合或浸渍而成的。常用的B级绝缘材料有PVC玻璃纤维套管(黄腊管),6520复合纸,DMD绝缘纸等.,2020/5/8,15,绪论,0.7磁路的基本定律,电流通过线圈时产生的磁通可以分为两部分：主磁通（mainmagneticflux),漏磁通（leakagemagneticflux)。主磁路通过的路径称为磁路(magneticcircuit)。（1）磁路欧姆定律,全电流定律：在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合路径交链的电流的代数和。即,2020/5/8,16,绪论,0.7磁路的基本定律,当电流的方向与闭合路径的积分方向符合右手螺旋定则时，电流前取正号，反之取负号。,2020/5/8,17,绪论,0.7磁路的基本定律,由于ucuo。lo尽管很小，Rmo仍然比Rmc大得多。因此，当磁路中由空气隙存在时，磁路的磁阻Rm将显著增加，若磁动势F一定，则磁路中的磁通将减少。反之，若保持磁路中的磁通一定，则磁动势就应增加。可见，磁路中应尽量减少不必要的空气隙。,（2）磁路基尔霍夫第一定律：在磁路的任何一个闭合面上，磁路的代数和等于零。,（3）磁路基尔霍夫第二定律：在磁路中沿任何闭合磁路径上，磁动势的代数和等于磁压降的代数和。,2020/5/8,18,绪论,0.8电量与磁量、电路定律与磁路定律对比,2020/5/8,19,绪论,电量与磁量、电路定律与磁路定律对比（续表）,2020/5/8,20,练习,1、全电流定律用公式表示为。2、磁路欧姆定律表达式为，其中。3、磁压降（磁位降）的表达式为。4、铁心气隙很小，气隙磁阻，气隙磁压降比其它各段铁磁路的磁压降之和，即励磁磁动势的绝大部分消耗在。,Hl,仍很大,还要大得多,气隙上,2020/5/8,21,5、空心线圈的电感是常数，而铁心线圈的电感不是常数，为什么？如果线圈的尺寸、形状和匝数相同，有铁心和没有铁心时，哪个电感大？铁心线圈的铁心在达到磁饱和和未达到磁饱和状态时，哪个电感大？,由上式知：空心线圈的磁导率是常数，所以它的电感也是常数；而铁心线圈的磁导率不是常数（随线圈电流的大小而变），所以电感也不是常数。线圈中有铁心时，因为，所以电感大。铁心达到磁饱和后，大大降低，因此L也随着减小。,2020/5/8,22,练习,6、用D23叠成的有间隙铁心它的截面积A=9104m2，铁心平均长度l1=0.3m，空气隙长度0.510-3m，线圈的匝数N=500匝。试求产生磁通9.910-4Wb时所需要的励磁磁动势F和励磁电流I。（空气隙的截面也为A；D23磁化曲线中，B1=1.1T，H1=493A/m),2020/5/8,23,练习,2020/5/8,24,绪论,0.8铁心线圈电路,（1）功率关系交流铁心线圈的有功功率为,它包括两部分：铜损耗Pcu（copperloss);Pcu=RI2铁损耗PFe(coreloss),2020/5/8,25,绪论,0.8铁心线圈电路,为了减小磁滞损耗，铁心应选用软磁物质制成，如硅钢片，因其磁滞回线面积小，磁滞损耗小。,（2）涡流损耗Pe（eddycurrentloss),铁损耗包括两部分：（1）磁滞损耗（hysteresisloss),2020/5/8,26,习题,1、如果线圈的铁心由彼此绝缘的钢片在垂直磁场方向叠成，是否可以？,2020/5/8,27,0.9电磁铁,衔铁,铁心,铁心,线圈,线圈,衔铁,结构：线圈、铁心、衔铁,利用电磁力实现某一机械发生动作的电磁元件。,2020/5/8,28,1.直流电磁铁,(1)电磁吸力,通入直流，无铁损，铁心用整块的铸钢、软钢。,F,对直流U=IRU不变时，I不变,磁动势Fm=IN=Um=Rm也不变,Rm=Rm0+Rm1,Rm=Rm1,吸合,后,前,所以在吸合后,B0,S不变,结论：吸力变大！,(2)吸合前后的电磁吸力变化情况,2020/5/8,29,(1)平均电磁吸力,铁心由硅钢片叠成；,有分磁环。,2.交流电磁铁,(2)吸合前后的电磁吸力不变,根据U=4.44fNm,当U,f,N不变,m不变Bm不变吸力F不变。,磁动势Fm=iN=Um=Rm,Rm=Rm0+Rm1,Rm=Rm1,吸合,后,前,所以在吸合过程中，吸力不变，励磁电流由大变小。,大iN有效值I大,小iN有效值I小,2020/5/8,30,2020/5/8,31,t,、f,f,铁心,电磁吸力,由于1与2之间出现了相位差，合成磁通所产生的电磁吸力就不会为零。,磁通为零，吸力也为零,短路铜环,(3)分磁环结构,2020/5/8,32,例1把一台50Hz、380V的交流电磁铁接在50Hz、220V的交流电源上，会出现什么问题？怎样解决？,解根据,U4.44fNm,UmF,吸力不足,减少N,2020/5/8,33,图1-2安培环路定律,H,L,开始动画,幻灯片11返回,2020/5/8,34,图1-3无分支铁心磁路A)无分支铁心磁路,A,N,i,返回,开始动画,2020/5/8,35,B)模拟电路图,F,返回,2020/5/8,36,图1-4磁路的基尔霍夫第一定律,A,N,i,返回,开始动画,2020/5/8,37,图1-5磁路的基尔霍夫第二定律,i,返回,开始动画,2020/5/8,38,图1-6磁畴,A)未磁化,B)磁化,返回,2020/5/8,39,B,H,图1-7铁磁材料的起始磁化曲线,a,b,c,d,返回,开始动画,2020/5/8,40,图1-8铁磁材料的磁滞回线,H,B,a,b,c,d,e,f,返回,开始动画,2020/5/8,41,图1-9基本磁化曲线,基本磁化曲线,H,B,返回幻灯片10,开始动画,2020/5/8,42,图1-11）软磁材料的磁滞曲线,A)软磁材料,H,B,返回,开始动画,2020/5/8,43,B,H,B)硬磁材料,图）硬磁材料的磁滞曲线,返回,开始动画,2020/5/8,44,图1-12硅钢片中的涡流,B,返回,开始动画,20